本发明涉及工业自动化和智能制造，尤其涉及一种基于软件定义的伺服控制系统。
背景技术：
1、现有的伺服控制系统，作为工业自动化领域的核心组成部分，主要依赖于硬件平台来实现实时控制功能，其中plc（可编程逻辑控制器）作为核心控制器，负责控制指令的发送与接收。然而，尽管plc控制系统在工业领域得到了广泛应用，但其固有的局限性也日益凸显。
2、传统plc控制系统往往将硬件与软件紧密结合，导致系统缺乏足够的灵活性。一旦硬件平台确定，与之配套的软件系统也往往被固定下来，难以根据实际需求进行灵活调整。这种紧耦合的设计模式使得系统在面对复杂多变的工业场景时，往往显得力不从心，无法满足快速变化的市场需求和客户定制化的服务要求。
3、随着工业自动化技术的不断发展，工业现场对于控制系统的要求也在不断提高。然而，传统plc控制系统的扩展性相对较差，难以满足日益增长的控制需求。当需要增加新的控制功能或扩展控制范围时，往往需要对硬件进行大规模升级，这不仅增加了硬件成本，还可能导致原有系统的兼容性问题。此外，硬件的维护和保养也是一笔不小的开支，对于企业的运营成本构成了不小的压力。
4、由于硬件平台的限制，传统plc控制系统的实时性能往往受到限制。在需要实现精确控制或进行复杂计算任务时，系统可能会因为处理速度不足而无法满足要求。这不仅影响了控制系统的稳定性和可靠性，还可能对生产效率和产品质量造成负面影响。
5、传统plc控制系统通常体积较大，需要占用较多的空间资源。这不仅增加了企业的场地成本，还可能对生产现场的布局和规划造成一定的限制。同时，由于硬件平台的功耗较高，系统的能耗也成为了一个不容忽视的问题。在节能高效的工业自动化需求日益增长的背景下，传统plc控制系统的能耗问题显得尤为突出。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于软件定义的伺服控制系统，将虚拟化技术与伺服控制系统结合，通过vplc实现控制逻辑的灵活部署和管理。
2、为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于软件定义的伺服控制系统，包括产线控制器、工控机、物理执行设备和并联机器人本体；所述工控机内设置pcie卡，并部署第一容器和第二容器；第一容器内部署vplc模块；第二容器内部署pcie驱动模块；产线控制器通过工业通信协议实现与vplc模块的连接；vplc模块连接到产线控制器的本地i/o接口以进行实时数据交换，接收来自产线控制器的控制指令，并传输至第二容器，第二容器通过内置的控制软件将控制指令转换为低层控制信号传输至pcie驱动模块；
3、pcie驱动模块将工控机生成的控制信号通过pcie卡传递到物理执行设备；物理执行设备接收来自pcie驱动模块的控制信号，将其转换为电流信号，驱动并联机器人本体完成预定的操作。
4、进一步地，所述物理执行设备上的外部传感器或编码器通过pcie卡将并联机器人本体的实时状态传至pcie驱动模块；第二容器读取反馈数据，进行轨迹再规划或误差补偿；新规划指令通过pcie驱动模块传回第一容器中的vplc模块，形成闭环控制。
5、进一步地，所述系统还包括串联机器人本体和控制柜，所述串联机器人本体通过控制柜与工控机内部署的第一容器连接，接收vplc模块生成的控制信号，完成预定的操作，控制柜将串联机器人本体的实时状态反馈给工控机内部署的第一容器；第一容器根据反馈的实时状态数据调整控制指令。
6、进一步地，所述系统还包括与产线控制器和工控机直接相连的组态屏，提供操作人员与产线控制器和工控机之间的交互界面。
7、进一步地，所述工控机采用linuxrt+openstack+k8s环境，通过容器化技术实现vplc控制，通过工业通信协议进行数据交换和控制信号传输。
8、进一步地，所述第一容器内部集成多轴伺服算法，多轴伺服算法运行在vplc模块软件层，负责对并联机器人本体的多轴控制系统的伺服运算，直接控制机器人本体的关节电机，将运动指令转换为电机扭矩/速度输出；第二容器内部集成运动控制算法，与pcie驱动模块共享内存空间，直接读写物理执行设备的寄存器，用于规划和调度并联机器人本体的整个运动系统的运行，生成机器人的运动路径和姿态序列；第一容器和第二容器之间通过共享内存进行通信；如果并联机器人本体运动过程中出现偏差或需要调整，第二容器根据第一容器反馈的实时数据，对运动任务进行再规划或调整，生成新的控制指令，再次通过共享内存传递给第一容器。
9、进一步地，所述工控机通过pwm/ad接口控制并联机器人本体的电机，并通过工业实时总线与并联机器人本体进行数据交换。
10、进一步地，所述pcie卡以fpga板卡为核心处理器，包括fpga以及与fpga连接的两个内存模块、sfp+模块、jtag模块、pwr模块、flash模块、fmc接口、pcie接口和时钟模块；所述fpga为核心处理单元，两个内存模块设置在fpga左右两侧，分别通过gtx和i/o接口与fpga相连接；pcie接口设置在fpga底部，用于与外部物理执行设备通信；sfp+模块用于实现fpga与光纤通信模块连接，jtag模块用于调试和编程fpga，pwr模块为整个pcie卡提供电力，确保各模块稳定工作；flash模块用于存储程序和配置数据，fmc接口用于扩展外部设备；时钟模块提供时钟信号，确保各个模块同步运行。
11、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的一种基于软件定义的伺服控制系统，（1）通过容器化技术实现vplc模块（虚拟plc），能够通过tcp、profinet等工业通信协议进行数据交换和控制信号传输。通过这种设计，系统可以在运行中加载并兼容未来的通信协议标准，使其与其他设备的通信适应性更强，无需硬件改动即可适应多种工业控制需求。（2）系统设计为模块化架构，支持硬件和软件的独立升级，用户可以根据需求在不更换整套系统的情况下，灵活更新控制模块或增加新的功能。这种模块化设计不仅延长了系统的生命周期，也降低了用户的长期运营和维护成本。（3）支持边缘计算，将部分复杂计算任务下沉至边缘设备，减少中央控制器的负担，提升系统的响应速度和效率，使其适应高负载或实时性要求高的工业应用。（4）系统体积下降，简化电气和复杂的现场总线连接。（5）打破了传统“运动控制层+伺服控制层”架构，一体化集成，直接控制/访问至运动执行物理层，多轴解耦提高控制效率。
1.一种基于软件定义的伺服控制系统，其特征在于：包括产线控制器、工控机、物理执行设备和并联机器人本体；所述工控机内设置pcie卡，并部署第一容器和第二容器；第一容器内部署vplc模块；第二容器内部署pcie驱动模块；
2.根据权利要求1所述的一种基于软件定义的伺服控制系统，其特征在于：所述物理执行设备上的外部传感器或编码器通过pcie卡将并联机器人本体的实时状态传至pcie驱动模块；第二容器读取反馈数据，进行轨迹再规划或误差补偿；新规划指令通过pcie驱动模块传回第一容器中的vplc模块，形成闭环控制。
3.根据权利要求1所述的一种基于软件定义的伺服控制系统，其特征在于：所述系统还包括串联机器人本体和控制柜，所述串联机器人本体通过控制柜与工控机内部署的第一容器连接，接收vplc模块生成的控制信号，完成预定的操作，控制柜将串联机器人本体的实时状态反馈给工控机内部署的第一容器；第一容器根据反馈的实时数据调整控制指令。
4.根据权利要求3所述的一种基于软件定义的伺服控制系统，其特征在于：所述系统还包括与产线控制器和工控机直接相连的组态屏，提供操作人员与产线控制器和工控机之间的交互界面。
5.根据权利要求3所述的一种基于软件定义的伺服控制系统，其特征在于：所述工控机采用linuxrt+openstack+k8s环境，通过容器化技术实现vplc控制，通过工业通信协议进行数据交换和控制信号传输。
6.根据权利要求3所述的一种基于软件定义的伺服控制系统，其特征在于：所述第一容器内部集成多轴伺服算法，多轴伺服算法运行在vplc模块软件层，负责对并联机器人本体的多轴控制系统的伺服运算，直接控制机器人本体的关节电机，将运动指令转换为电机扭矩/速度输出；第二容器内部集成运动控制算法，与pcie驱动模块共享内存空间，直接读写物理执行设备的寄存器，用于规划和调度并联机器人本体的整个运动系统的运行，生成机器人的运动路径和姿态序列；第一容器和第二容器之间通过共享内存进行通信；如果并联机器人本体运动过程中出现偏差或需要调整，第二容器根据第一容器反馈的实时数据，对运动任务进行再规划或调整，生成新的控制指令，再次通过共享内存传递给第一容器。
7.根据权利要求3所述的一种基于软件定义的伺服控制系统，其特征在于：所述工控机通过pwm/ad接口控制并联机器人本体的电机，并通过工业实时总线与并联机器人本体进行数据交换。
8.根据权利要求1所述的一种基于软件定义的伺服控制系统，其特征在于：所述pcie卡以fpga板卡为核心处理器，包括fpga以及与fpga连接的两个内存模块、sfp+模块、jtag模块、pwr模块、flash模块、fmc接口、pcie接口和时钟模块；所述fpga为核心处理单元，两个内存模块设置在fpga左右两侧，分别通过gtx和i/o接口与fpga相连接；pcie接口设置在fpga底部，用于与外部物理执行设备通信；sfp+模块用于实现fpga与光纤通信模块连接，jtag模块用于调试和编程fpga，pwr模块为整个pcie卡提供电力，确保各模块稳定工作；flash模块用于存储程序和配置数据，fmc接口用于扩展外部设备；时钟模块提供时钟信号，确保各个模块同步运行。